METANOLDEN HAFİF OLEFİN ELDESİ İÇİN KATALİZÖR GELİŞTİRME ÇALIŞMALARI

Değirmencioğlu P., Keskin G. G.(Yürütücü)

TÜBİTAK Projesi, 2209-A - Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı, 2023 - 2023

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Destek Programı: 2209-A - Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı
Başlama Tarihi: Mart 2023
Bitiş Tarihi: Eylül 2023

Proje Özeti

Olefinler, yapılarında karbon ve hidrojen atomlarını barındıran ve en az bir adet çift

bağ içeren doymamış hidrokarbonlardır. Olefinler, içerdikleri karbon sayısına göre

hafif (2-4 karbonlular) veya ağır (5 karbondan fazla) olefinler olarak iki gruba

ayrılmaktadır. Etilen (C

) ve propilen (C

) en önemli hafif olefinlerdir. Hafif

olefinler, günlük hayatta kullandığımız plastik kaynaklı birçok malzemenin ham

maddesidir. Etilen, dünyada en fazla üretime sahip olan petrokimyasaldır. Hafif

olefinlerin büyük bir kısmını oluşturan etilen ve propilen, çeşitli endüstriyel

kimyasalların ve plastiklerin, ilaçların ve kozmetik ürünlerin hazırlanmasında

hammadde olarak kullanılmaktadır. Üretilen etilenin büyük çoğunluğu polimerleşme

reaksiyonları ile polietilen haline getirilmekte ve plastik sektörü için önemli bir

hammaddeyi oluşturmaktadır. Yanısıra etilen polistiren (PS), polietilen tereftalat (PET)

ve polivinil klorür (PVC) gibi plastiklerin üretiminde de ham madde olarak kullanılan

önemli bir bileşiktir. Petrokimya endüstrisinde ve sanayide etilene olan talep son on

beş yıl içinde iki katına çıkmıştır. Bunun önemli bir nedeni petrokimyasal maddelere

olan talebin hızla artmasıdır; Dünya etilen talebi 1998’de 180 milyar pound

civarındayken bu miktar 2005 yılında 250 milyar pounda çıkmıştır. Etilenin yanısıra

hafif olefinler ailesinin diğer üyesi olan propilen de plastik sektörü başta olmak üzere

kendine geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Dünya genelinde üretilen propilen

miktarının %55’inden fazlası, otomotiv sektöründe ve yiyecek paketlemesinde

kullanılmaktadır.

Hafif olefinler, geleneksel olarak petrol bazlı yakıtların buharla parçalanma

reaksiyonu ile oluşmaktadır. Bu prosesler yüksek sıcaklık altında gerçekleşmektedir.

Ayrıca fosil yakıtlara bağımlı bir prosestir. Küresel ekonominin istikrarlı

büyümesinden dolayı hafif olefinlere olan talebin sürekli artması beklenmektedir.

Olefin üretimi için sıklıkla kullanılan üç yöntem aşağıda açıklanmaktadır :

 Metanolden Olefin Eldesi (MTO) : Biyokütle gibi yenilenebilir enerji

kaynağından üretilen metanol kullanılarak atmosferik basınç altında orta

şiddette Brønsted asiditesine sahip katalizörler varlığında (ZSM-5, SAPO-34,

MOR, vb.) 300-500°C’de gerçekleşmektedir.

 Dimetil Eterden Olefin Eldesi (DTO) : Dimetil eterden olefin üretim iki aşamada

gerçekleşmektedir. Birinci aşamada sentez gazından DME üretimi

gerçekleştirilir. Doğrudan DME üretiminde yan ürün olarak metanololuşmaktadır. İkinci aşamada ise, DME’den hafif olefinler elde edilir.

 Fischer-Tropsch Sentezi (FTO) : Bu yöntem olefinlerin sentez gazından

doğrudan üretim prosesidir ve tek basamakta gerçekleşmektedir. Fischer-

Tropsch (FTO) sentezi, sentez gazının katalitik yolla direkt olarak hafif

olefinlere dönüşümünü sağlamaktadır.

MTO ve DTO prosesleri FTO’ya kıyasla daha yüksek etilen ve propilen seçiciliği

sağladıkları için endüstride sıklıkla tercih edilen proseslerdir. Ancak bu proseslerde

hidrojen açısından zengin sentez gazına ihtiyaç vardır. Kömür ve biyokütlenin

gazlaştırılmasıyla elde edilen sentez gazında ise karbon monoksit oranı yüksektir ve

bu yüzden H

/CO oranının ayarlanması için su-gaz-dönüşüm (WGS) ön işlemi

gerekmektedir. Ayrıca bu prosesler iki basamaklıdır. Öncelikle sentez gazından

metanol veya DME üretilmekte daha sonra olefin elde edilmektedir. FTO prosesi,

olefinin doğrudan tek basamakta üretildiği prosestir. Ancak FTO prosesinde hafif

olefin seçiciliği MTO ve DTO’ya kıyasla daha düşüktür. Ayrıca bu proses 5-20 bar gibi

yüksek basınç altında gerçekleşmektedir. Bu nedenle de MTO ve DTO prosesleri

FTO’ya göre daha üstündür. MTO ve DTO prosesleri karşılaştırıldığında ise MTO’da

yan ürün olarak su oluşumu fazladır ve bu durum katalizörün koktan daha az

etkilenmesini sağlamaktadır (Al-Dughaither ve Lasa,2014). DTO prosesinde ise kok

oluşumu MTO’ya kıyasla daha hızlı gerçekleşmektedir. Kok, zeolitlerin gözeneklerini

tıkayarak katalizörlerin hızlı bir şekilde deaktivite olmasına yol açar.

Proje kapsamında metanolden olefin eldesi mezogözenekli katalizör olan MOR

varlığında gerçekleştirilmiştir. Ticari katalizörlerin hem termal dayanımı daha da

arttırmak hem de karbon direncini yükseltmek amacıyla seryum ve tungsten metalleri

emdirme yöntemi ile yüklenmiştir. Deneysel çalışmalardan önce ticari katalizörlerin

bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi için karakterizasyon çalışmaları

gerçekleştirilmiştir. Yüzey alanı, gözenek çapı ve hacminin belirlenmesi için azot

adsorbsiyon/desorpsiyon analizi ve yüzey asitliklerinin (Lewis, Bronsted) belirlenmesi

için Diffuse Reflectance FTIR (DRIFT) spektroskopi yöntemleri kullanılmıştır.